Cimatron E在數位相機型腔模高速加工中的編程特色


賴新建 思美創(廣州)科技有限公司技術部經理 
    

   
         
   


由於模具製造業的快速發展和推廣,市場競爭日益激烈,模具的精度要求越來越高,製造週期要求越來越短,製造成本也要求減少到最低,因此對每一個模具製造商來說,必需採用當前先進的製作方法、設備和高素質的人才。在模具 CNC 加工方面,高速加工是一種先進實用的加工技術之一,在模具業得到了廣泛的應用。

高速加工是在高轉速、高進給、低負荷的狀態下切削加工的,單位時間內材料的去除率非常高,由於切削量少,切削力小,因此刀具的變形及振動都減少。切削時鐵屑又會帶走大部分的切削熱,因此工件的熱變形少,加工出來的模具精度高,光潔度好。另一方面因在高速加工過程中不可能隨時緊急地把機床停下來,因此對編程的 CAM 軟體來說必需具有極高的安全策略和穩定豐富的加工策略。

Cimatron E6.02 在業界是一套高智慧、高效率並最具安全的數控編程系統之一,從粗加工、殘餘毛坯的再次粗加工、半精加工、精加工及自動清角等,整個流程都有完善的高速加工策略。本文祥細講解以數位相機型腔模的高速加工中, Cimatron E 應對的刀路編程特色。

1.粗加工

首先建立加工物件的立方體毛坯,以及和模具型面一致的零件程式,這樣系統在任何時候計算刀路時,都會參照毛坯資訊,保證刀路的準確性,安全性 。

粗加工採用環繞粗銑( Rough spiral )的加工方法,無需指定最高點及最低點的加工深度,自動基於初始毛坯形狀按水平分層,逐層切削的策略。

內部快速提刀高度按增量方式並可設定圓角連接,保證機床快速移動時路徑光順過渡,避免因尖角而產生的機床抖動。

進刀方式採用優化模式,深度螺旋下刀,層間真實環繞,並設定超越邊界 / 毛坯的進刀模式( Entry-beyond Boundary/stock limits ),系統自動識別開放區域毛坯外進刀,封閉區域螺旋進刀或斜線進刀,另外還可設置最小進刀尺寸,避免頂刀,達到小區域的切削過濾。

銑削方向除順銑、逆銑以外,還有 " 混合銑+最終順銑 / 逆銑 " 的方式,這樣既可減少跳刀又可保證在接近工件的最後一刀時採用順銑或逆銑的情況。

切削深度按優化( Optimized )類型,可保證型腔內不同深度的各個臺面加工後的餘量在預定範圍內。

型腔類模具,採用次擺線( Trochoidal )方式,可有效避免滿刀切削情形,利於鐵屑的迅速排除,延長刀具壽命。

任何情況下,刀路拐角自動圓角過渡,可預防刀路軌跡的急拐彎現象,避免速率損失和機床振動。

另外對於各種進給速率的優化也非常豐富,如:下刀速率( Plung feed )、初始切入速率( Entyr feed )、

及拐角自動速率控制( Adaptive feed control )等,對於精加工還有:步進速率( Side feed )及朝下切削速率( Down feed )等。粗加工的刀路如圖 1 - 2 所示。


                    图1 粗加工正面圖                图2 粗加工側面圖

2.殘料二次粗加工

粗加工時,為高效地去除材料,採用的刀具直徑相對來說都比較大,受刀具的影響,型腔的有些位置殘留材料還很多。 Cimatron E 的二次粗加工方法( Rerough )正是為此而設計的。

Rerough 智慧識別前一道程式的剩餘毛坯,只需選擇一把相對粗加工較少的刀具,即可自動生成殘料粗加工路徑。

因 Cimatron 內的加工參數可設成關聯變數形式,如刀間距設成 "0.40*tldi" ,最少下刀尺寸設成 "tldi-3*crrd" ,其中 tldi 代表刀具直徑。至於運動參數、轉速、進給速率等還可從預先定好的刀庫直接調用,因此二次粗加工只需調整很少的幾個參數即可,其他設置基本上同 Rough spiral 一致。

在模具的拐角處,非平面刀路臺階處或前把刀沒銑到而當前刀能銑到的位置自動生成單刀或多刀的路徑,並可合理運用次擺線加工,如圖 3 所示。通過一次或多次的二次粗加工程式後,為半精加工提供了一個餘量基本均勻的切削環境。

图3 二次粗加工

3.半精加工及精加工

Cimatron E 的精加工方式豐富多樣,既有高速加工方式又有傳統加工方式,分類非常明顯,針對高速精加工來說,有以下幾種非常實用的加工方法,如:平行切削+陡峭位切削、三維環繞切削、等高切削、依限制角分區切削,分區切削中平坦區又可分平行切、螺旋環繞切、三維環切等,陡峭區又可分恒量層切、變數層切、插切等。

針對本案模具的特點,半精加工可採用三維環繞切削( 3d step )的方法,步距方式按三維步距和最大留痕高度雙向同時控制的方法,確保了在型面陡峭位步距不會拉得很寬,最重要的一點是可按導引圖素來控制環切路徑形狀,避免路徑急劇地下坡或爬坡,保證了路徑的平緩性,這對高速銑削是非常重要的。

精加工的目的是進一步提高型面的光潔度,依限制角分區切削是高速銑最常用的一種方法。平坦部一般採用螺旋環繞切削,陡峭部採用變數層切削、層間 S 形進退刀或雙向插切(如圖 4 所示)的方法。都能有效預防進刀痕跡,減少跳刀,並且過渡 R 角區域都能得到理想的效果。

图4 精加工路徑

4.清角

對複雜模具自動清角尤其重要, Cimatron E 安全、準確、合理的自動清角能大大減少電極製作的可能。筆式清根( Pencil )對刀具的使用沒有限制,在 Z 軸方向並可多刀分層銑削。

自動清角( Cleanup )自動根據前一把刀的剩餘區域或殘留毛坯進行分區,對不同區域可採用不同的走刀方式,如陡峭部的等高環繞走刀,平坦部由外向內的沿角落 3D 環切的刀具路徑,如圖 5 所示,保證了全過程的路徑平穩、載荷均勻。

                           图5 自動清角            图6 機床模擬

5.碰撞干涉檢查

從粗加工到清角,支持全過程的干涉檢查。定義好夾具和實際要用到的刀具淨空長度,系統就會自動進行夾具的干涉檢查,有干涉的地方刀路自動避讓。如果定義的刀具淨空長度大於理想刀具長度,系統就會輸出推薦的最佳刀長,供編程人員參考,使刀具的使用情況達到最佳狀態。最佳刀長的自動輸出,避免了因人為測量不准,而產生的不可預定性錯誤發生,保護好了硬體設備。除此之外, Cimatron E 還提供完整的機器切削模擬,如圖 6 所示,如碰撞發生,即可產生預警資訊,真正意義上的把碰撞限制在編程階段。

6.後處理及自動化程式單

程式編制完畢,如何輸出最優化的 NC 程式也是至關重要的, Cimatron E 支持各種控制器類型,代碼可按直線、圓弧插補輸出,也可輸出高速控制器具有的 NURBS 曲線插補形式。

對於複雜模具編程,工藝過程複雜、繁鎖,程式數目較多, Cimatron E 可快速、準確自動地輸出程式單,如圖 7 所示,無需一條一條地人工填寫,避免不必要的低級錯誤發生,進一步提高了加工過程的安全性措施。

图7 程式單

綜上所述, Cimatron 在模具加工領域獨特的觀念,使 Cimatron 已經成為當今數控加工、特別是高速加工的首選軟體之一, Cimatron 的加工技術仍在繼續、快速地發展,保持世界領先的地位。 Cimatron 高速銑削編程已經在國內得到了廣泛的應用,如海爾集團模具製造有限公司、美的模具製造中心、富港電子(東莞)有限公司、珠海及成通訊設備有限公司等。